新疆三塘湖煤田奥依托浪岗水源地地下水资源评价

马小军，贺根义

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

新疆三塘湖煤田奥依托浪岗水源地地下水资源评价

马小军*，贺根义

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

选取新疆三塘湖煤田奥依托浪岗供水水源地作为研究对象，对研究区内区域水文地质条件进行了详细分析，采用水均衡法计算了该供水水源地地下水资源量。结果表明：通过地下水资源均衡计算，该水源地处于负均衡状态，均衡差值不大。此外，分别应用给水度法和可开采系数法计算了该水源地的地下水储存量为和可开采量，计算结果分别为86943.23×104m3和146.18×104m3，其中地下水可开采量占地下水补给量的50%。通过对该水源地地下水资源的评价和分析，目的是为三塘湖煤炭工业基地地下水的可持续开发利用提供理论依据和科学评价。

三塘湖煤田；水源地；水均衡法；地下水资源评价

新疆三塘湖煤田是我国迄今为止发现最大的整装煤田，是自治区“358”项目重点煤炭勘探区，同时也是自治区重点规划“西煤东运”和“疆电外送”的大型煤炭工业基地[1]。充足的水资源是保障煤炭资源顺利开采和工业基地正常运转的首要条件，为了解决三塘湖煤炭工业基地开发供水问题，在该项目前期研究成果的基础上，通过分析研究圈定了三塘湖北、汉水泉和奥依托浪岗三处可供研究的富水地段。本文以奥依托浪岗富水地段为研究对象，利用水均衡法对该水源地地下水资源进行了评价研究，为确保顺利开发三塘湖煤田用水的安全性和可持续性提供理论依据和科学评价。

1 研究区概况

研究区位于三塘湖盆地西端，地处小青琚羚山、北塔山、黑琚羚山（科克塞尔山西端）之间，总地势四周高中间低，呈封闭的洼地形态，北部小青琚羚山，海拔800～1152m；南部黑琚羚山，海拔800～1266m；西北部为北塔山支脉，海拔800～1002m；研究区洪积平原区海拔667～900m，中间最低处（朵克托浪格）为区域上的汇水中心。地貌主要分为构造剥蚀低山区、侵蚀剥蚀缓隆起丘陵区和堆积平原区。

研究区属中温带干旱气候，年降水量在50～150mm之间。区内地表水主要形成于山区，经过沿途入渗、蒸发后，最终汇入研究区中部洪积细土平原区，总汇水面积约1700km2，主要消耗于入渗和蒸发。该研究区无常年地表水系。

2 水文地质条件

2.1 地下水赋存条件及分布规律

研究区内主要分布有基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和第四系松散岩类孔隙水。其中基岩裂隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水富水性较差，基岩裂隙水单泉流量小于1L/s，碎屑岩类孔隙裂隙水换算单井涌水量＜100m3/d；区内第四系松散岩类孔隙水按赋存条件可分为单一结构潜水区和潜水-承压水区，其中单一结构潜水沿洼地呈环状分布，按富水性可划分为换算单井涌水量＞1000m3/d区、500～1000m3/d区和100～500m3/d区；潜水—承压水区呈东西向条带状分布于研究区中部，上覆潜水换算单井涌水量＜100m3/d，下伏承压水换算单井涌水量100～500m3/d。

2.2 地下水补给、径流和排泄条件

研究区内基岩裂隙水主要接受大气降水直接入渗补给，沿风化和构造裂隙流动，以侧向流出的方式排泄；研究区内碎屑岩类孔隙裂隙水主要接受上游区地下水侧向流入补给，沿含水层层间流动，以侧向流出的方式排泄。该区内地下水总体上表现为自北、西、南3个方向由洪积砾质平原区向细土平原区径流，其中上部砾质平原区地层颗粒粗，地下水径流条件好，水力坡度相对平缓，一般约为0.42‰，至中部细土平原区，地层颗粒变细，地下水径流条件变差，水力坡度增大至1.1‰～2.5‰。研究区地下水循环示意图如图1所示。

图1 研究区地下水循环示意图

区内地下水最终汇集到细土平原区中东部，现无人工开采利用，也无天然排泄点，最终全部消耗于潜水蒸发和蒸腾。经过计算，研究区内地下水蒸发蒸腾量为294.25×104m3/a。

2.3 地下水水化学特征

研究区地下水化学组份含量变化及运移规律表现为：作为地下水补给源的山区地下水水化学作用以溶滤作用为主，区内洪积砾质平原作为径流区以溶滤及阳离子交替吸附作用为主，区中部细土平原区作为排泄区以蒸发浓缩作用为主。

研究区内潜水水化学类型为SO2-4·Cl—Na·（Ca）、Cl·SO2-4—Na·（Ca）和Cl—Na型水，矿化度由1～3g/L渐变为3～5g/L，最高达70g/L，总体上呈现为由南北两侧向中部、由西向东矿化度增高、南部地下水矿化度略低于北部的分布规律；承压水水化学类型为SO2-4·Cl—Na·Ca型水，矿化度2.87g/L。

3 地下水资源量评价

3.1 水均衡方程

依据研究区南部、北部及西部以侧向流入补给和暴雨洪流入渗补给，以潜水蒸发蒸腾为排泄的水文地质条件，将北塔山、黑琚羚山、小青琚羚山的山前平原区去除透水不含水区的研究区地段作为本次地下水资源计算均衡区，面积262.34km2。计算均衡周期为2012年1～12月共计一年时间。

根据研究区内水文地质条件及调查研究结果，综合确定地下水均衡方程如式（1）所示：

式中：ΔQ——地下水储存量的变化量，104m3/a；

Q侧入——地下水侧向流入量，104m3/a；

Q洪渗——暴雨洪流入渗补给量，104m3/a；

Q雨渗——降雨入渗补给量，104m3/a；

Q潜蒸——潜水蒸发蒸腾量，104m3/a。

3.2 均衡要素计算

3.2.1 地下水补给量计算

根据研究区内水文地质条件及地下水流场，研究区内主要地下水类型为第四系松散岩类单一结构孔隙潜水，采用断面法计算地下水侧向流入量。研究区内地下水主要补给来源为南、北、西三侧地下水侧向流入补给及洪流入渗补给。

（1）侧向流入量。研究区南、北、西三面各选取一条计算断面，一条位于研究区北部横穿TK2、SK5、SK7、SK12钻孔的A-G断面，一条位于研究区西部纵贯TK2、SK1钻孔的A-J断面，最后一条位于研究区南部横穿TK4、SK9、SK13钻孔的J-M断面，分别进行计算。

地下水侧向径流补给量采用达西定律计算，公式为：

式中：Q侧入——地下水侧向流量，104m3/a；

K——断面处含水层渗透系数，m/d；

I——水力坡度；

B——断面宽度，m；

M——含水层厚度，m；

sinα——地下水流向与断面夹角，（°）。

（2）暴雨洪流入渗量。由于暴雨洪流入渗量一部分在研究区外沿途产生入渗，汇入侧向流入量中，一部分沿地表流入研究区中部洪积细土平原后产生入渗，本次仅对流入洪积细土平原的暴雨洪流入渗量进行计算，计算公式为：

式中：Q洪渗——暴雨洪流入渗量，104m3/a；

F——产流面积，km2；

X——年降水量，mm/a；

m——地表水产流系数，参考干旱区类比值为0.05～0.15，结合研究区的地形、降雨量并参考前人经验取值0.05；

δ——暴雨洪流渗漏补给系数，参考前人洪流入渗经验值并结合研究区地层结构、岩性取值，山前戈壁砾石带取值0.65，中部洪积细土平原取值0.14。

（3）降雨入渗补给量。在山前戈壁砾石带大气降水的入渗补给量不受水位埋深限制，但受次降雨强度的影响，只有当次降雨量≥10mm时，才具有补给意义，其降雨入渗系数α可以在0.10～0.15之间取值。

在细土平原带，据新疆境内地矿局、水利厅等地下水均衡试验场成果，水位埋深大于5m的地区，降雨入渗极其微弱，可视为零。对于水位埋深小于5m的地区，只有当次降雨量≥10mm时，才具有补给意义[2-3]。

据本次野外建立的简易气象观测站观测数据，在2012年6～10月间，研究区内共发生10次降雨，降雨量在0.2～2.3mm之间，单次降雨量均小于5mm，不会对洪积细土平原地下水产生入渗补给。同时，降雨后经现场人员实地调查，洪积砾质平原地表浸润层厚度仅为3～7cm，未对地下水产生入渗补给。

3.2.2 地下水排泄量计算

潜水蒸发蒸腾主要产生于潜水位埋深小于5米的地区，与气象因素、土壤质地、植被和潜水位埋深密切相关。计算公式为：

式中：Q潜蒸——潜水蒸发蒸腾量，104m3/a；

F——计算区面积，km2；

E——水面蒸发量，mm/a；

C1——潜水蒸发系数；

C2——植物蒸腾系数。

3.3 均衡计算结果

根据各项均衡要素计算结果，区内的地下水补给量为292.35×104m3/a，地下水总排泄量为294.24× 104m3/a，地下水均衡为负均衡状态，均衡差值为-1.89× 104m3/a，但均衡差不大，与研究区内实际情况（区内补给量全部消耗于蒸发蒸腾，地下水无天然露头、无人工开采和向区外排泄现象）是相符的，具体计算结果如表1所示。

表1 研究区地下水均衡计算结果表

3.4 地下水储存量计算

3.4.1 潜水含水层储存量

研究区内潜水含水层厚度变化较大，为了计算之便，将含水层厚度与水文地质条件相近的区域划分为同一个计算区，分别计算各分区的储存量，最终得到各系统的潜水含水层储存量。采用给水度法计算研究区潜水含水层储存量，计算公式为：

式中：W——潜水含水层储存量，104m3；

F——研究区内含水层面积，km2；

H——研究区内含水层厚度，m；

μ——潜水含水层给水度，无因次。

根据式（5）计算，潜水含水层储存量为84992.36× 104m3。

3.4.2 承压水含水层储存量

根据研究区内承压水含水层情况，可将其分为承压含水层弹性储存量和承压水头疏干到含水层顶板转变为潜水后的储存量2部分计算。

（1）承压含水层弹性储存量。采用弹性释水系数法计算承压含水层储存量，计算公式为：

式中：W——承压含水层弹性储存量，104m3；

F——含水层的分布面积，km2；

S——弹性释水系数，无因次；

h——自承压水含水层顶板算起的压力水头高度，m。

（2）承压水头疏干到含水层顶板转变为潜水后的储存量。研究区内承压含水层弹性释压后，将承压含水层厚度视为与其水文地质条件相近的潜水，采用潜水含水层储存量的计算公式计算承压水储存量。计算公式为：

式中：W——承压水头疏干到含水层顶板转变为潜水后的储存量，104m3；

F——研究区内含水层面积，km2；

H——承压含水层厚度，m；

μ——含水层给水度，无因次。

根据式（6）和式（7）计算，承压含水层弹性储存量和承压水头疏干到含水层顶板转变为潜水后的储存量分别为301.99×104m3和1648.88×104m3。

综合以上计算结果，研究区内潜水储存量为84992.36×104m3，承压水储存量为1950.87×104m3，因此研究区地下水储存量为86943.23×104m3。

3.5 地下水可开采资源量计算

区内地下水可开采资源量采用可开采系数法计算，可开采系数取值依据2003年中国地质调查局最新一轮全疆地下水资源评价中数据，可开采系数取值0.62，并结合水利厅2004年全疆地下水资源评价数据，可开采系数取值在0.5～0.81之间，考虑当地的生态环境和水资源开发利用现状及条件，本次评价确定研究区地下水可开采系数取值为0.5。计算公式：

X824

A

1004-5716(2015)02-0125-04

2014-03-06

马小军（1987-），男（回族），甘肃会宁人，助理工程师，现从事水文地质、工程地质和环境地质方面的工作。